JPH0645478B2 - Infrared transparent glass fiber - Google Patents
Infrared transparent glass fiberInfo
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- JPH0645478B2 JPH0645478B2 JP22137688A JP22137688A JPH0645478B2 JP H0645478 B2 JPH0645478 B2 JP H0645478B2 JP 22137688 A JP22137688 A JP 22137688A JP 22137688 A JP22137688 A JP 22137688A JP H0645478 B2 JPH0645478 B2 JP H0645478B2
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C13/00—Fibre or filament compositions
- C03C13/04—Fibre optics, e.g. core and clad fibre compositions
- C03C13/041—Non-oxide glass compositions
- C03C13/043—Chalcogenide glass compositions
- C03C13/044—Chalcogenide glass compositions containing halogen, e.g. chalcohalide glass compositions
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、長波長領域まで良好な赤外線透過性を示し、
特に産業上、センサー及び光導波路用の材料として5〜
12μmの波長域に於て、低損失な光透過窓を有する赤外
線透過性ファイバーの作成に達するガラス材料に関する
ものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention shows good infrared transmittance up to a long wavelength region,
Especially in industry, as materials for sensors and optical waveguides,
The present invention relates to a glass material which reaches the production of an infrared transmissive fiber having a low loss light transmission window in a wavelength range of 12 μm.
[従来の技術] 従来、赤外線透過性ガラス材料としては、カルコゲン元
素を原料として含むカルコゲナイドガラスが有望視され
ている。カルコゲナイドガラスの例としては、As−S
及び又はSe系ガラス、Ge−S及び又はSe系ガラス
及びGe−As−Se−Te系ガラスファイバーなど、
組成にGe、As、S、Se及びTe等を含む材料が調
べられている。しかしながら、これらの赤外線透過性ガ
ラスファイバーは以下に述べる点で欠点が有り、波長10
μm以上で低損失な光透過性が得られないのが現状であ
る。[Prior Art] Conventionally, as an infrared transparent glass material, a chalcogenide glass containing a chalcogen element as a raw material has been considered promising. Examples of chalcogenide glass include As-S
And / or Se-based glass, Ge-S and / or Se-based glass and Ge-As-Se-Te-based glass fiber, etc.,
Materials containing Ge, As, S, Se, Te, etc. in their composition have been investigated. However, these infrared-transmissive glass fibers have drawbacks in that
At present, it is not possible to obtain low-loss light transmission at a thickness of μm or more.
[発明が解決しようとする課題] カルコゲナイドガラス元素であるS、Se及びTeとG
e及びAs等を組成成分として含むカルコゲナイドガラ
スファイバーでは、As−S又はSe結合、Ge−S又
はSe結合の格子振動の多音子吸収によって、長波長域
での光透過性が制限されている。例えば、As−S系ガ
ラスファイバーでは6μm以上、Ge−Se系ガラスフ
ァイバーでは8μm以上、Ge−As−Se系ガラスフ
ァイバーでは9μm以上、Ge−As−Se−Te系ガ
ラスファイバーでは、10μm以上の波長域で上述した原
料元素間の結合に基づく多音子吸収によって光損失が制
限されているのが現状であり、より長波長域で低損失な
光ファイバーを供するのは事実上困難である。[Problems to be Solved by the Invention] Chalcogenide glass elements S, Se, Te and G
In the chalcogenide glass fiber containing e and As as composition components, the light transmissivity in the long wavelength region is limited by the multiphonon absorption of lattice vibration of As-S or Se bond, Ge-S or Se bond. . For example, wavelengths of 6 μm or more for As-S glass fiber, 8 μm or more for Ge-Se glass fiber, 9 μm or more for Ge-As-Se glass fiber, and 10 μm or more for Ge-As-Se-Te glass fiber. In the present situation, the optical loss is limited by the multiphonon absorption due to the bond between the raw material elements described above in the region, and it is practically difficult to provide an optical fiber having a low loss in a longer wavelength region.
従って、本発明の目的は、長波長域で光透過性を有し、
しかもファイバー紡糸中にも結晶化しない安定な赤外線
透過性材料を供し、上記ガラス材料を用いた低損失で長
尺なガラスファイバーを提供する点にある。Therefore, the object of the present invention is to have light transmission in the long wavelength region,
Moreover, a stable infrared-transmissive material that does not crystallize during fiber spinning is provided to provide a long glass fiber with low loss using the above glass material.
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するため、本発明は組成比がそれぞれS
eが20〜70at.%、Teが10〜40at.%及びIが20〜48a
t.%から成り、その組成比の合計が100at.%であること
を特徴とするカルコゲナイドガラスを使用することによ
り達成される。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention has a composition ratio of S
e is 20 to 70 at.%, Te is 10 to 40 at.% and I is 20 to 48 a.
It is achieved by using a chalcogenide glass which is composed of t.% and whose total composition ratio is 100 at.%.
ここで述べたSe−Te−I系カルコゲナイドガラスに
関してはジェイ・ルーカスほか、「エス ピイ アイ
イー」第843巻、インフラレッド オプチカル マテリ
アルズ アンド ファイバースV」(J.Lucas et al.
SPIE Vol.843 infrared optical Materials and Fibers
V(1987)P.2)により報告されているが、ファイバー紡
糸等に耐え得る安定な組成範囲に関する検討はなされて
いない。本発明は上記した組成比に限定することにより
長波長域では低損失のガラスファイバーを得たものであ
る。Regarding the Se-Te-I chalcogenide glass described here, J. Lucas et al.
E "Volume 843, Infrared Optical Materials and Fibers V" (J. Lucas et al.
SPIE Vol.843 infrared optical Materials and Fibers
V (1987) P.2), but no study has been made on the stable composition range that can withstand fiber spinning and the like. The present invention is to obtain a glass fiber having a low loss in a long wavelength region by limiting the above composition ratio.
カルコゲナイドガラスの赤外線透過性はガラス母体を構
成する原料元素間の結合に基づく格子振動によって制限
される。As及び又はGeを原料元素として含むカルコ
ゲナイドガラスは、例えばAs−S又はSe結合、Ge
−S又はSe結合基づくガラス固有の多音子吸収により
長波長での赤外線透過性が決定される。従って、長波長
域での光損失を低くするためには、ガラス固有の格子振
動による吸収を長波長側に移動させる必要がある。この
格子振動の振動数(ν)は、ガラス構成元素の原子量に
反比例しており、従って、格子振動の波長(λ=c/
ν)はガラス構成元素の原子量に比例し、ガラス構成元
素の原子量が大きいものほどより長波長側に移動するこ
とになる。The infrared transmittance of the chalcogenide glass is limited by the lattice vibration due to the bond between the raw material elements forming the glass matrix. The chalcogenide glass containing As and / or Ge as a raw material element is, for example, As—S or Se bond, Ge.
Infrared transmission at long wavelengths is determined by the multiphonon absorption inherent in glass based on -S or Se coupling. Therefore, in order to reduce the optical loss in the long wavelength region, it is necessary to move the absorption due to the lattice vibration peculiar to glass to the long wavelength side. The frequency (ν) of this lattice vibration is inversely proportional to the atomic weight of the glass-constituting element, and therefore the wavelength of the lattice vibration (λ = c /
ν) is proportional to the atomic weight of the glass-constituting element, and the larger the atomic weight of the glass-constituting element, the more the wavelength shifts to the longer wavelength side.
本発明で提供されるカルコゲナイドガラスの原料元素
は、Se(原子量78.96)元素よりも原子量の小さな元
素、例えばS(原子量32.06)、Ge(原子量72.59)及
びAs(原子量74.92)等を含まず、原子量の大きいカ
ルコゲナイド元素Te(原子量127.6)及びハロゲン元
素I(原子量126.9)から成るため、ガラス母材の格子
振動に基づく多音子吸収を長波長側に移動させることが
可能となる。従って、長波長域で低損失なガラスを作成
することが出来る。また、上述したガラスを紡糸するこ
とにより長波長域で低損失な赤外線透過性ファイバーを
作成することが可能となる。特に、炭酸ガスレーザ波長
10.6μmでの損失を低くする目的を達成するためには、
多音子吸収を長波長側へ移動させる原子量の大きな元素
を、紡糸可能な安定ガラス化領域の中で最も多く含むS
e25±2.5Te30±2.5I45±2.5の組成範囲内で達成さ
れることが望ましい。The raw material element of the chalcogenide glass provided in the present invention does not include elements having a smaller atomic weight than the Se (atomic weight 78.96) element, such as S (atomic weight 32.06), Ge (atomic weight 72.59) and As (atomic weight 74.92), Since it is composed of the chalcogenide element Te (atomic weight 127.6) and the halogen element I (atomic weight 126.9), which have a large value, it is possible to shift the multiphonon absorption due to the lattice vibration of the glass base material to the long wavelength side. Therefore, it is possible to produce glass with low loss in the long wavelength region. Further, by spinning the above-mentioned glass, it becomes possible to prepare an infrared transmitting fiber having a low loss in a long wavelength region. Especially, carbon dioxide laser wavelength
To achieve the objective of lowering the loss at 10.6 μm,
S that contains the largest amount of elements with a large atomic weight that shifts multiphonon absorption to the long wavelength side in the stable vitrification region that can be spun
e 25 ± 2.5 Te 30 ± 2.5 I 45 ± 2.5 It is desirable to achieve within the composition range.
第1図で示した安定なガラス化領域の中で、特に第2図
に示した組成のガラスを合成し、ファイバー紡糸を行
い、ガラス及びファイバーの状態と損失値を調べると、
組成比Se25Te30I45を中心として、Se含有量が2
7.5at%を越えても、22.5at%より少なくとも損失値は高
くなる。また、Te含有量が減少するとガラス合成中に
ガラスが結晶化し、あるいは紡糸中にファイバーが失透
する。逆に、増加すると散乱により損失値が高くなるこ
とが判明した。また、I含有量が増加するとガラスが結
晶化し易くなり、逆に減少すると損失値は高くなること
が判った。従って、炭酸ガスレーザー波長で最も低損失
を示すガラス組成は、第2図中のSe25Te30I45組成
を中心としたSe25±2.5Te30±2.5I45±2.5の領域
内に限定される。In the stable vitrification region shown in FIG. 1, particularly when synthesizing the glass having the composition shown in FIG. 2, performing fiber spinning, and examining the state and loss value of the glass and fiber,
With a composition ratio of Se 25 Te 30 I 45 as the center, the Se content is 2
Even if it exceeds 7.5at%, the loss value is at least higher than 22.5at%. Further, when the Te content is reduced, the glass is crystallized during glass synthesis, or the fiber is devitrified during spinning. On the contrary, it was found that the loss value increased due to scattering as the number increased. It was also found that when the I content increases, the glass tends to crystallize, and conversely, when the I content decreases, the loss value increases. Therefore, the glass composition showing the lowest loss at the carbon dioxide laser wavelength is limited to the range of Se 25 ± 2.5 Te 30 ± 2.5 I 45 ± 2.5 centered on the Se 25 Te 30 I 45 composition in Fig. 2. It
[作用] 本発明の赤外線透過性光ファイバー材料を構成するガラ
ス組成は、格子振動に基づく多音子吸収が長波長側にあ
り、長波長域の赤外線を低損失で透過することが可能と
なる。[Operation] The glass composition that constitutes the infrared permeable optical fiber material of the present invention has multi-phonon absorption due to lattice vibration on the long wavelength side, and can transmit infrared rays in the long wavelength region with low loss.
[実施例] 以下、本発明の実施例を説明する。[Examples] Examples of the present invention will be described below.
表1で示した所定の組成比に成るように純度99.99999%
のSe、純度99.99999%のTe及び純度99.999%のI原
料を混合し、加熱しながら排気処理した無水石英ガラス
アンプル(内径10mmφ、肉厚2.5mm、長さ150mm)中に、
アルゴンガス雰囲気下で充填した後、真空度10-5Torrで
真空封入した。このガラス原料の入った石英ガラスアン
プルを700℃で40時間、揺藍炉中で加熱溶融合成した
後、炉から取り出し室温急冷しガラスロッドを得た。 Purity 99.99999% so that the specified composition ratio shown in Table 1 is obtained.
Se, 99.99999% pure Te and 99.999% pure I raw material were mixed and placed in an anhydrous quartz glass ampoule (inner diameter 10 mmφ, wall thickness 2.5 mm, length 150 mm) that was exhausted while heating.
After filling in an argon gas atmosphere, it was vacuum-sealed at a vacuum degree of 10 −5 Torr. A quartz glass ampoule containing this glass raw material was heated and melted and synthesized at 700 ° C. for 40 hours in an agitation furnace, then taken out of the furnace and rapidly cooled to room temperature to obtain a glass rod.
このガラスを評価するため走査温度10℃/分で示差走査
熱分析を行い、結晶化ピークの有無を調べた。第1図に
は本実施例で決定したSe−Te−I系カルコゲナイド
ガラスの熱分析に結晶化ピークの観測されない安定なガ
ラス化領域を示した。結晶化ピークの観測されないガラ
ス化領域は広い範囲で存在し、組成選択の自由度が広い
と共に、Se−Te−I系カルコゲナイドガラスが安定
なガラス系であることを示している。また、このガラス
化領域内のガラスでは結晶化ピークが観測されないこと
から、ファイバー紡糸中に結晶化を招くことがなく、良
好な光ファイバーを作成することが可能であることを示
している。In order to evaluate this glass, differential scanning calorimetry was carried out at a scanning temperature of 10 ° C./min to examine the presence or absence of a crystallization peak. FIG. 1 shows a stable vitrification region in which no crystallization peak is observed in the thermal analysis of the Se—Te—I chalcogenide glass determined in this example. The vitrification region in which no crystallization peak is observed exists in a wide range, and the degree of freedom in composition selection is wide, and it is shown that the Se-Te-I chalcogenide glass is a stable glass system. Further, since no crystallization peak is observed in the glass in the vitrification region, it is shown that a good optical fiber can be produced without causing crystallization during fiber spinning.
例として、上述した安定なガラス化領域内のガラスを作
成し、得られた長さ60mm、径10mmφのガラスロットを石
英ガラス製ノズルから圧力0.5kg/cm2で紡糸し光ファイ
バーを作成し、その損失を調べた。表1に得られたガラ
スファイバーの最低損失値及びその時の波長と炭酸ガス
レーザ波長10.6μmでの損失値をまとめて示す。とくに
前述した望ましい範囲にあるSe25Te30I45の組成の
ガラスファイバーの損失が最も低くいことがわかる。As an example, the above-mentioned glass in the stable vitrification region was prepared, and the obtained glass lot with a length of 60 mm and a diameter of 10 mm was spun from a quartz glass nozzle at a pressure of 0.5 kg / cm 2 to prepare an optical fiber. I investigated the loss. Table 1 shows the minimum loss value of the obtained glass fiber, the wavelength at that time, and the loss value at the carbon dioxide laser wavelength of 10.6 μm. In particular, it can be seen that the glass fiber having the composition of Se 25 Te 30 I 45 in the desirable range described above has the lowest loss.
この実施例から、安定なガラス化領域内から組成を選択
すれば、目的とする波長で低損失な赤外線透過性光ファ
イバーを作成することが可能である。第3図は損失の最
も少ないSe25Te30I45組成のガラスファイバーの波
長−損失特性を示す。10.6μmで損失値は0.9dB/mであ
った。From this example, if the composition is selected from within the stable vitrification region, it is possible to prepare an infrared-transmissive optical fiber having a low loss at a target wavelength. FIG. 3 shows the wavelength-loss characteristic of the glass fiber of the composition Se 25 Te 30 I 45 with the least loss. At 10.6 μm, the loss value was 0.9 dB / m.
[発明の効果] 以上述べたように、第1図のSe−Te−I系カルコゲ
ナイドガラスガラスの化領域内の組成は、ファイバー紡
糸中に結晶化することなく、長尺で安定なガラスファイ
バーを作成することが出来る。しかも、長波長域の赤外
線を良好に透過する光透過材料である。また、炭酸ガス
レーザ波長10.6μmで低損失なファイバーを作成するこ
とが出来ることから、レーザ光導波路として、また、赤
外線を利用するセンサーや光通信等の赤外線透過用ガラ
ス材料としても使用できる利点を有している。[Effects of the Invention] As described above, the composition in the chemical conversion region of the Se-Te-I-based chalcogenide glass glass shown in FIG. 1 does not crystallize during fiber spinning, and a long and stable glass fiber is obtained. Can be created. Moreover, it is a light-transmitting material that satisfactorily transmits infrared rays in the long wavelength region. In addition, since it is possible to create a fiber with low loss at a carbon dioxide laser wavelength of 10.6 μm, it has the advantage that it can be used as a laser optical waveguide and as a glass material for infrared transmission such as a sensor that uses infrared rays or optical communication. is doing.
第1図はSe−Te−I系カルコゲナイドガラスの安定
なガラス化領域を示す図、第2図はSe25Te30I45組
成を中心としたガラス組成と炭酸ガスレーザ波長10.6μ
mでの損失値を示す図、第3図はSe25Te30I45組成
のガラスファイバーの波長−損失特性を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a stable vitrification region of Se-Te-I chalcogenide glass, and FIG. 2 is a glass composition centered on the Se 25 Te 30 I 45 composition and a carbon dioxide laser wavelength of 10.6 μ.
FIG. 3 is a graph showing a loss value at m, and FIG. 3 is a graph showing wavelength-loss characteristics of a glass fiber having a composition of Se 25 Te 30 I 45 .
Claims (2)
Teが10〜40at.%及びIが20〜48at.%から成り、その
組成比の合計が100at.%であることを特徴とする赤外線
透過性カルコゲナイドガラスファイバー。1. A glass composition containing 20 to 70 at.% Of Se,
An infrared-transmitting chalcogenide glass fiber, characterized in that Te is 10 to 40 at.% And I is 20 to 48 at.%, And the total composition ratio thereof is 100 at.
±2.5である請求項1記載の赤外線透過性カルコゲナイ
ドガラスファイバー。2. A glass composition of Se 25 ± 2.5 Te 30 ± 2.5 I 45
The infrared-transmissive chalcogenide glass fiber according to claim 1, which has a density of ± 2.5 .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22137688A JPH0645478B2 (en) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | Infrared transparent glass fiber |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22137688A JPH0645478B2 (en) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | Infrared transparent glass fiber |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0274539A JPH0274539A (en) | 1990-03-14 |
| JPH0645478B2 true JPH0645478B2 (en) | 1994-06-15 |
Family
ID=16765822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22137688A Expired - Lifetime JPH0645478B2 (en) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | Infrared transparent glass fiber |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0645478B2 (en) |
-
1988
- 1988-09-06 JP JP22137688A patent/JPH0645478B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0274539A (en) | 1990-03-14 |
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